【正文】 及熔池深度h有如下的關(guān)系： (82)由可得：(m3) 將代入式(72)得：(m)(5) 爐身高度轉(zhuǎn)爐爐帽以下，熔池面以上的圓柱體部分稱為爐身。其直徑與熔池直徑是一致的，故須確定的尺寸是爐身高度。 (83)式中 、——分別為爐帽、爐身和熔池的容積；Vt——轉(zhuǎn)爐的有效容積，為、三者之和，取決于容量和爐容比。代入數(shù)據(jù)可得： =(6) 爐帽尺寸爐帽尺寸包括爐帽傾角、爐口直徑和爐帽高度。① 爐帽傾角。爐帽傾角一般為60176。~68176。，小爐子取上限，大爐子取下限。本設(shè)計取爐帽傾角為65176。② 爐口直徑一般爐口直徑為熔池直徑的43%～53%較為適宜。小爐子取上限，大爐子取下限。③ 爐帽高度為了維護爐口的正常形狀，防止因磚襯蝕損而使其迅速擴大，在爐口上部設(shè)有高度為=300～400mm的直線段。爐帽高度為： (84)=（）tan65176。+ =+ =(m)那么，爐帽總?cè)莘e為：==(m3)(7) 出鋼口尺寸出鋼口一般都設(shè)在爐帽與爐身交界處，以使轉(zhuǎn)爐出鋼時其位置最低，便于鋼水全部出凈。出鋼口的主要尺寸是中心線的水平傾角和直徑。① 出鋼口中心線水平傾角。為了縮短出鋼口長度，以利維修和減少鋼液二次氧化及熱損失，大型轉(zhuǎn)爐的θ1趨于減小，一般為15176。~20176。本設(shè)計取15。② 出鋼口直徑出鋼口直徑?jīng)Q定出鋼時間，隨爐子容量不同而異。通常又下面的經(jīng)驗式確定：= =(cm)式中 ——轉(zhuǎn)爐公稱容量，t。③ 出鋼口襯磚外徑： =6=6=(m)④ 出鋼口長度： =7=7=(m) 底部供氣構(gòu)件的設(shè)計本設(shè)計為增加廢鋼型頂?shù)讖?fù)合吹煉法。不僅在轉(zhuǎn)爐底部布置噴吹惰性氣體或中性氣體N2來加強攪拌，還考慮在轉(zhuǎn)爐底部噴吹小部分燃料與氧氣。為爐膛提供更多熱量，補償廢鋼加入所吸收的熱量，使轉(zhuǎn)爐冶能夠煉順利進行。(1) 底氣用量在底部吹NAr、CO2等氣體時， m3/（tmin），其冶金特點接近頂吹法；～（tmin），則可以降低爐渣和金屬的氧化性，并達到足夠的攪拌強度。 m3/（tmin）。全程吹A(chǔ)r，成本太高；全程吹N2，又會增加鋼中的氮。所以，本設(shè)計采用底部全程供氣，但是前期吹N2，末期再改吹A(chǔ)r； m3/(tmin)。(2) 供氣構(gòu)件根據(jù)本設(shè)計的底部噴吹N2和Ar，選擇磚型供氣元件，且為彌散型透氣磚。 轉(zhuǎn)爐爐襯設(shè)計爐襯設(shè)計的主要任務(wù)是選擇合適的爐襯材質(zhì)，確定合理的爐襯組成和厚度，并提出相應(yīng)的磚型和數(shù)量，以確保獲得經(jīng)濟上的最佳爐齡。 爐襯材質(zhì)的選擇目前常用的工作層襯磚有：瀝青結(jié)合鎂磚，含碳量為5～6%；燒成浸漬鎂磚，含碳量為2%左右；焦油或瀝青結(jié)合的白云石磚，含碳量約2%；瀝青或樹脂結(jié)合的白云石碳磚，含碳量為7～15%；瀝青或樹脂結(jié)合的鎂碳磚（加入或不加防氧化劑），含碳量通常為10～25%。 現(xiàn)在，氧氣轉(zhuǎn)爐爐襯材質(zhì)普遍使用鎂碳磚，爐齡有明顯提高。但由于鎂碳磚成本較高，因此一般只將其用在諸如耳軸區(qū)、渣線等爐襯易損部位，即爐襯工作層采用均衡爐襯，綜合砌爐。 爐襯的組成和厚度的確定通常爐襯由永久層、填充層和工作層組成。有些轉(zhuǎn)爐則在永久層與爐殼鋼板之間夾有一層石棉板絕熱層。永久層緊貼爐殼，修爐時一般不予拆除。該層用鎂碳磚砌筑。填充層介于永久層與工作層之間，用焦油鎂磚沙搗打而成，厚度約為80～100mm。工作層用鎂碳磚和焦油白云石磚綜合砌筑。爐帽用二步煅燒鎂磚。根據(jù)50t轉(zhuǎn)爐爐襯襯材，本設(shè)計爐襯采用表83所示值。表83 本設(shè)計轉(zhuǎn)爐爐襯厚度值爐襯厚度永久層厚度/mm工作層厚度/mm爐帽80500爐身130600（加料側(cè)）/550爐底350570 轉(zhuǎn)爐爐體金屬構(gòu)件設(shè)計 爐殼爐殼通常由爐帽、爐身和爐底三部分組成。爐殼的材質(zhì)力求抗蠕變強度高、焊接性能又好的材料。本設(shè)計采用鍋爐鋼板制作爐殼。根據(jù)一些爐子的爐殼尺寸，該處選為：爐帽鋼板45mm、爐身鋼板50mm、爐底鋼板45mm。綜上所述，轉(zhuǎn)爐總高：=+++(+++)= m； 轉(zhuǎn)爐外殼直徑：=+2(++)++ = m。驗算高徑比：=，符合要 求的范圍，也與取值相符。由上述數(shù)據(jù)可畫出轉(zhuǎn)爐爐型圖(見附錄圖2)。 支承裝置托圈選取大型轉(zhuǎn)爐剖分式焊接托圈。其具體尺寸見下表85。 表85設(shè)計中的托圈尺寸斷面形狀斷面高度/mm斷面寬度/mm蓋板厚度/mm腹板厚度/mm箱24007608375爐殼與托圈的連接選用吊掛式連接裝置。該結(jié)構(gòu)是用螺栓將爐殼吊掛在托圈上，三個螺栓在圓周上呈120布置，且與焊在托圈蓋板上的支座絞接。耳軸要受多種負荷的作用，必須有足夠的強度和剛度。該處耳軸選用合金鋼，且耳軸直徑為800mm，耳軸軸承采用雙列向心滾子軸承。 傾動裝置該處轉(zhuǎn)爐采用電動機一齒輪傳動方式。，傾動角度為177。360，無極調(diào)速。9 轉(zhuǎn)爐氧槍設(shè)計及相關(guān)參數(shù)計算 氧槍噴頭尺寸計算噴頭是氧槍的核心部分，其基本功能可以說是一個能量轉(zhuǎn)換器，它將氧管中氧氣的高壓能轉(zhuǎn)換為動能，并通過氧氣射流完成對熔池的作用。而氧氣射流的參數(shù)主要由噴頭參數(shù)所決定。 噴頭主要參數(shù)計算公式(1) 氧流量計算氧流量是指單位時間通過氧槍的氧量（Nm3/min）。氧流量的精確計算應(yīng)根據(jù)物料平衡求得。簡單計算氧流量則可用下式： Nm3/min對于普通鐵水，每噸鋼耗氧量為55～65Nm3/t，對于高磷鐵水，每噸鋼耗氧量為60～69Nm3/t。本設(shè)計取65 Nm3/t.(2) 噴頭孔數(shù)現(xiàn)代轉(zhuǎn)爐氧槍都用多孔噴頭。一般中、小型轉(zhuǎn)爐用三孔或四孔噴頭，大型轉(zhuǎn)爐用五孔或五孔以上的噴頭。(3) 理論計算氧壓及噴頭出口馬赫數(shù)M理論計算氧壓（又稱設(shè)計工況氧壓）是指噴頭進口處的氧氣壓強，近似等于滯止氧壓，它是噴頭設(shè)計的重要參數(shù)。噴頭出口馬赫數(shù)M是噴頭設(shè)計的另一個重要參數(shù)。M值與滯止氧壓和噴頭出口壓力P的比值（P/）有確定的對應(yīng)關(guān)系。如圖91。圖91 M與Po、V之間的關(guān)系表91 M、V、P0之間的關(guān)系M氧射流出口溫度/K氧射流出口音速/m/sV/m/sP0/MPa備 注200161129104270242217195405485542582假定氧氣滯止溫度為290K, 50t轉(zhuǎn)爐氧槍噴頭尺寸計算公稱容量50t轉(zhuǎn)爐設(shè)計氧槍噴頭尺寸。采用普通鐵水。冶煉鋼種以碳素結(jié)構(gòu)鋼和低合金鋼為主。(1) 計算氧流量 取每噸鋼耗氧量為65,純吹氧時間為15min，出鋼量按公稱容量50t計算，則通過氧槍的氧流量： /min (91) (2) 選用噴孔出口馬赫數(shù)與噴孔數(shù)馬赫數(shù)確定原則已如前述。綜合考慮，選取馬赫數(shù)M=。參照同類轉(zhuǎn)爐氧槍使用情況，對于50t轉(zhuǎn)爐噴孔數(shù)取3孔，能保證氧氣流股有一定的沖擊面積與沖擊深度，熔池內(nèi)盡快形成乳化區(qū)，減少噴濺，提高成渣速度和改善熱效率。(3) 設(shè)計工況氧壓根據(jù)等熵流表，當(dāng)M=,；取噴頭出口壓力（為爐膛壓力，此處按近似等于大氣壓力計算），則噴口滯止氧壓： (92) 取設(shè)計工況氧壓近似等于滯止氧壓。(4) 計算喉口直徑噴頭每個噴孔氧氣流量： Nm3/min (93)由噴管實際氧氣流量計算式： ，取，又，代入上式，則。由上式可求出 mm(5) 求噴孔出口直徑根據(jù)等熵流表，在M= 時，即，故噴孔出口直徑： (94)(6) 計算噴孔擴張段長度,則擴張段長度 (95)(7) 確定噴孔喉口直線段長度喉口直線段的作用是保持喉口直徑穩(wěn)定。一般取3～10mm。在本例中取喉口直線段長度=5mm。(8) 噴孔收縮段長度與收縮段進口直徑收縮段長度與收縮段進口直徑應(yīng)該以能使整個噴頭布置下三個噴孔為原則，并盡可能使收縮孔大一些。(9) 確定噴孔傾角β多孔噴頭的各個流股是否發(fā)生匯交以效應(yīng)角θ為界，大于θ則各流股很少匯交，小于θ則必定匯交。按照經(jīng)驗，噴頭傾角β=176?！?76。為宜。綜合考慮取β=15176。(10) 噴頭五噴孔中心分布圓直徑在噴孔傾角β確定以后，噴孔中心分布圓（即噴孔間距）是影響氧射流是否匯交的另一個因素。從降低氧射流匯交考慮，噴孔中心分布圓大為好，但噴孔中心公布圓要受到噴頭尺寸的限制。綜合考慮，取三噴孔中心分布圓直徑： 以上面的計算和選定的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，再結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)與實際情況，可繪制出50t轉(zhuǎn)爐用氧槍噴頭圖(見附錄圖1)。 50t轉(zhuǎn)爐氧槍槍身尺寸計算氧槍槍身由三層無縫鋼管套裝而成，內(nèi)層管是氧氣通道，內(nèi)層管與中層管之間是冷卻水進水通道，中層管與外層管之間是冷卻水出水通道。參見圖93。計算相關(guān)公式：按氣體狀態(tài)方程，標準狀態(tài)下的流量向工況流量的換算： （96）式中 ——標準大氣壓，Pa； ——管內(nèi)氧氣工況壓力，Pa；——標準溫度，273K；——管內(nèi)氧氣實際溫度（即氧氣滯止溫度）。圖92 氧槍示意圖中心氧管內(nèi)截面積： （97）式中 ——中心氧管內(nèi)截面積，m； ——管內(nèi)氧氣工況流量，m/s； ——管內(nèi)氧氣流速，m/s，一般取40～50m/s。將、代入式（97），即可求。則中心氧管內(nèi)徑 （98）進水環(huán)縫截面積： （99）中層管內(nèi)徑： （910） 式中 ——中層管內(nèi)徑，m；——內(nèi)層管外徑，m；——進水環(huán)形通道截面（圖98），m；——高壓冷卻水進口流量，m/s；——高壓冷卻水進水流速，一般選用5～6m/s。 中心氧管管徑套用上述公式可得。按式（96），管內(nèi)氧氣工況流量取中心管內(nèi)氧氣流速，則中心氧管內(nèi)徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格，選取中心鋼管為。 中、外層鋼管管徑根據(jù)生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，選取氧槍冷卻水耗量；冷卻水進水速度，出水速度（因為出水溫度升高，體積增大，故）。又中心氧管外徑，則進水環(huán)縫截面積：出水環(huán)縫面積：所以，中層鋼管的內(nèi)徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取中層鋼管為。同理，外層鋼管內(nèi)徑：根據(jù)標準熱軋無縫鋼管產(chǎn)品規(guī)格選取外層鋼管為。 10 爐外精煉設(shè)備選型 爐外精煉的功能鋼水爐外精煉又稱鋼水二次精煉,而各種精煉設(shè)備的冶金功能又是多種多樣的。為了能獲得低碳或超低碳鋼種，采用真空脫碳或真空下吹氧脫碳的技術(shù)；為了煉得極低硫的鋼種，而有爐外脫硫手段；為促進鋼水成分和溫度的均勻化，吹入惰性氣體或通過電磁攪拌鋼水，更有利于脫除氣體和使夾雜物聚集上浮。通過爐外精煉對鋼水進行處理，能夠加快鋼水成分的穩(wěn)定，從而取得傳統(tǒng)熔煉爐所難以達到的冶煉標準；更能冶煉出要求特殊的鋼種，應(yīng)用高科技領(lǐng)域。精煉設(shè)備能夠完成的冶金功能包括：脫氣（脫氫、脫氮、脫氧），脫硫，脫碳（冶煉低碳、超低碳鋼種），清潔鋼液（減少非金屬夾雜物，提高顯微清潔度），調(diào)整鋼液成份和溫度。 LF精煉爐 LF精煉爐的特點LF精煉爐(圖101)在常壓下通過電弧加熱鋼包內(nèi)鋼水，并同時造高堿度合成渣精煉和底部吹氬攪拌。LF爐能夠承擔(dān)電弧爐煉鋼的精煉工作，如造渣、還原、脫氧、脫氣、均勻溫度成分等。除此之外還可以保溫度、升溫，作為煉鋼和連鑄之間的緩沖裝置，協(xié)調(diào)煉鋼和連鑄生產(chǎn)周期不匹配的矛盾，所以現(xiàn)代化的轉(zhuǎn)爐和電弧爐煉鋼車間都采用它作為精煉設(shè)備。圖101 LF法原理圖a—埋弧加熱； b—真空處理；1—加熱蓋；2—電極；3—加料槽；4—真空蓋； 5—鋼包；6—堿性還原渣；7—鋼包車LF爐具有工藝靈活性強的特點，對不同精煉要求的鋼種采用不同的工藝過程：(1) 轉(zhuǎn)爐鋼水—LF(無真空)精煉—澆注；(2) 轉(zhuǎn)爐、電爐鋼水—LF(無真空)精煉—RH或DH處理—澆注；(3) 電爐鋼水—LF精煉—澆注。轉(zhuǎn)爐作為初煉爐時，因原始含氫量低，主要任務(wù)是脫硫與合金化，則只進行埋弧、密封下加熱進行還原精煉，吹氬攪拌即可，可使[S]≤%，∑[O]≤30ppm。而電弧爐鋼水則應(yīng)經(jīng)過真空脫氣精煉，鋼水在較長時間的爐渣與真空精煉作用下，例如軸承鋼可∑[O]＜20ppm。 LF爐設(shè)備組成LF爐與ASEASKF爐功能相近，整體結(jié)構(gòu)多為臺車（鋼包車）式，鋼包由座包扒渣工位向固定于一定位置的加熱爐蓋、精煉爐蓋處移動，分別完成各項工藝過程。有的還